浅析高压加热器的IBR认证

肖劲军，国金莲

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046）

浅析高压加热器的IBR认证

肖劲军，国金莲

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046）

出口印度的高压给水加热器需要按照印度的锅炉规程（IBR）进行设计制造，并与ASME的相关规定进行分析比较。认证时，需要注意几个方面，有关设备选材、材料安全系数、水压试验压力、补强计算、换热管壁厚计算以及受压件验证，需由第三方检验机构进行审查检验。

高压；加热器；印度；锅炉；规程；设计；认证；检验

0 概 述

印度的锅炉规程（India Boiler Regulation）简称为IBR，是印度颁发的强制性规程，规程中对锅炉材料、设计、制造、安装、监督、检验、运行及附件和维护等方面进行了详细的规定。出口印度的电站设备必须遵循该规程，并接受IBR授权的第三方检验机构的监察，包括设计文件审核和制造过程监督及现场安装检验和注册。同时制造厂需要按IBR要求出具各种制造、安装和材料认证等各类制造与试验证明文件，由授权机构签字认可才能报批。在以上所有要求批准后，制造厂方可投料生产。在设计和认证过程中，对印度锅炉规程（IBR）的理解和所遇的问题进行了讨论，为今后制造出口印度高压加热器等产品，提供规程执行方面的借鉴和参考。

1 主要受压元件材料的选取

大多数印方业主在招标文件中要求高压加热器主要受压元件使用印度材料或ASME标准推荐的材料，如选用国产牌号材料则需进行材料认证。采用ASME标准推荐材料或印度材料会减少认证方面的工作，但随之而来的是材料采购成本的上升。为了降低成本拓展国际市场，在得到印方业主认可的前提下，应尽量采用国内牌号材料。某2×600 MW亚临界燃煤发电机组工程高压加热器为出口印度的项目，高压加热器的主要受压元件选用了国内材料，并进行了相关的材料认证。材料认证是从材料的化学成分、各成分的含量、各个厚度下的应力值、材料的用途等几个方面进行了说明，并列举该种材料在其他同等级机组中的应用情况。例如：该印度项目的2×600 MW亚临界燃煤发电机组中高压加热器的管板选材为20Mn Mo（Ⅳ），在材料认证过程中，需提供表1～表3的相关数据，得到印方业主认可后，才能在设备制造中应用该种材料。

表1 主要受压元件材料

表2 化学元素要求

表3 力学性能要求

通过表1～表3中数据，以20Mn Mo材料为例，从用途、遵循标准、元素组成、各元素含量、相应厚度下所对应的应力等方面进行了说明。其他类似设备用料也可根据实际使用情况在不会引起质量问题的前提下，参考该工程的材料认证方式，尽量采用国内材料便于降低制造成本，提高经济效益。

2 材料的许用应力计算

印度锅炉规程（IBR）中第271条，是对锅炉锅壳、组合式过热器壁、汽包筒身和联箱壁的允许工作应力的规定，汽包筒身和联箱的最大允许应力为下列条件下确定的最小值：

（1）温度≤454℃时，取所得2个数值中的较小值：

（2）温度＞454℃时，取所得2个数值中的最小值：

式（1）至式（4）中：

t — 金属工作温度；

R — 室温下钢的最小规定抗拉强度；

E — 室温下最小规定屈服点；

Et— 温度为t时的屈服点（0.2%屈服强度）；

SR— 温度为t时100，000小时内产生断裂的平均应力，在任何情况下，当应力大于最小应力的1.33倍时，均不会产生断裂。

注：如果“材料标准”中未提供Sc值，且已知此类材料被用于印度或国外的锅炉中，则此类材料的允许应力取式（6）式（7）所得两值中的较小值：

在ASME第Ⅱ卷材料D篇强制性附录1中，对材料允许工作应力的相关规定如下，应选取2个计算值中的较小值：

（a）材料常温下的抗拉强度除以安全系数3.5的比值。

（b）设计温度下材料屈服强度除以安全系数1.5的比值。

以设计条件为4.7 MPa，360℃，锻件材料为20Mn Mo（Ⅲ），按不同的制造标准，计算了该2×600 MW亚临界燃煤机组2号高压加热器壳侧蒸汽接管锻件的许用应力值，如表4所示。

内容标准安全系数常温下抗拉强度σb＝530 MPa设计温度下屈服强度σst＝272 MPa设计温度下许用应力MPa IBR 1.5 181.3 2.7 196.29 181.3 ASME 1.5 181.3 3.5 151.4 151.4

根据表4可知，在进行强度计算时，计算所得的受压元件厚度会有一定的偏差，采用ASME标准进行计算是比较保守的，但是进行IBR认证时，需要提供IBR计算书和ASME计算书，受压元件厚度的取值是两者之间的较大值，即选取ASME计算所得的厚度做为受压元件的最终厚度，从表4可知，如果ASME的计算书通过了，则IBR的计算书也能通过。

3 确定水压试验压力

3.1 关于印度锅炉规程中的水压试验

按印度锅炉规程（IBR）中第268条，需在制造厂进行水压试验。

（1）对于内径大于600mm的锅炉汽包及其它圆柱形部件，应于制造完成且检验人员在场时，由制造厂对其进行水压试验。水压试验的压力应达到允许最大工作压力的1.5倍，而未显出任何缺陷。

（2）自始至终在适当控制下逐渐提高试验压力，以保证每次升压的压力增量不超过已达到压力的6%，且于每次升压后保持30 min。随后将压力减至最大允许工作压力，并维持足够的时间，以便能够仔细观察承压部件是否渗漏。

（3）作为压力试验介质的水的温度应在20～50℃之间。

3.2 ASME标准对液压试验的规定

按ASME标准第八卷第一册压力容器建造规则中UG－99标准液压试验规定：

（1）按内压设计的容器应进行液压试验，在液压试验时，任一点的压力至少应等于最大许用工作压力的1.3倍再乘以如下所制造容器材料的最小应力比值（LSR），该应力比值为每种材料在试验温度下的应力值S与设计温度下的应力值S之比。

（2）为了减少脆性断裂的危险，在进行液压试验期间金属温度至少保持在最低设计金属温度以上30℉（17℃），但无需高于120℉（48℃）。试验时应在容器温度与液体温度大致相等后再升压。

根据上述两个规定，ASME考虑材料在试验温度和设计温度下的应力比值LSR，而印度锅炉规程只考虑允许最大工作压力。当LSR值较大时，液压试验压力按照ASME标准计算得出；当LSR值较小时，按照印度锅炉规范（IBR）标准计算值。该印度工程的2×600 MW亚临界燃煤发电机组，因20Mn Mo材料的LSR值为1，所以设备的水压试验压力为1.5倍的允许最大工作压力，而印度锅炉规范（IBR）标准中的允许最大工作压力即为设计压力，所以最终的设备水压试验压力为1.5倍的设计压力。

4 高压加热器换热管强度计算

印度锅炉规范（IBR）中没有对高压加热器换热管强度计算的明确要求，且印度标准认可ASME和TEMA。所以在进行换热管强度计算时可参照上述两个标准。

4.1 ASME标准中对内压壳体厚度的规定

按ASME第八卷第一册压力容器建造规则中UG－27内压壳体的厚度中规定：

圆筒形壳体的最小厚度取式（8）、式（9）计算值中的较大者。

（1）环向应力（纵向接头）。当厚度不超过内半径的1／2或P不超过0.385SE时，应采用计算公式（8）。

（2）纵向应力（环向接头）。当厚度不超过内半径的1／2或P不超过1.25SE时，应采用计算公式（9）。

P— 设计压力，MPa；

R—壳体内半径，mm；

S — 最大许用应力值，MPa；

t —壳体最小厚度，mm；

E—焊接接头系数。

换热管直段部分可按ASME中UG－27规定进行计算，弯管部分可按照TEMA标准中U形管计算公式进行计算：

式（10）中：t1— 换热管直段计算厚度，mm；t0— 换热管弯段计算厚度，mm；d0— 换热管外径 ，mm；

R— 换热管最小弯曲半径，mm。

4.2 HEI换热器标准中换热管的强度计算

与上述标准相对应的还有表面式给水换热器标准HEI，该标准中也有对换热管强度计算的明确要求，也是大多数印方业主认可的标准。

在HEI标准3.6.5－U形管中规定，U形管弯头的最小弯曲半径应是管子直径的1.5倍，采用下式计算管子弯曲前所需的管壁厚度。

式（11）中：t—弯曲前管壁厚度，mm；

d — 管子外径，mm；

P— 设计压力，MPa；

R— 管子中心线处的弯曲半径，mm；

S—相应于壳侧设计压力下饱和温度时的设计许用应力，MPa。

根据上述两种方法，均可进行换热管的强度计算。

5 高压加热器接管补强计算

按印度锅炉规范（IBR）第279条，进行接管补强计算时，需考虑接管本身补强的部分，接管的补强，如图1所示。

图1 接管的补强图

接管许用应力／容器筒身许用应力的比值按实际比值，计算公式为：

在式（12）中：

fs— 在金属工作温度下锅壳材料的允许应力，MPa；

fn—在金属工作温度下立管或喷嘴材料的允许应力，MPa。

按ASME第八卷第一册压力容器建造规则中UG－37壳体和成型封头上开孔所需的补强规定：

Fr—强度削弱系数，不大于1.0；

式（13）中：

Sn— 接管许用应力值，MPa；

Sv— 容器许用应力值，MPa。

6 需接受第三方检验的受压件

对于出口印度的产品，其主要受压元件需接受第三方检验机构的审查和检验。需第三方检验机构审查和检验的高压加热器主要受压元件，如表5所示。

表5 需接受审查和检验的受压元件

通过该印度工程的2×600 MW亚临界机组高压加热器的IBR认证工作，认识到在为印度制造的电站工程中需注意很多问题，相比国标和ASME标准都有不同之处，进行设计时要格外小心。现从高压加热器的设计角度对印度锅炉规程（IBR）的一些规定进行了说明，并对ASME标准中相应的规定进行了对比分析。通过计算实例，了解印度锅炉规程（IBR）中有关高压加热器设计方面的规定。在具体设计过程中遇到的问题，还需根据实际情况和分析相关标准的条款进行解决。已完工的印度工程2×600 MW亚临界机组的高压加热器，如图2所示。

7 结 语

随着出口印度的火电产品越来越多，对印度锅炉规程IBR的认证工作显得尤为重要。如何根据规程进行原材料选择，并根据规程进行产品的设计，受到相关制造厂家的重视。深入地了解印度锅炉规程IBR，才能使认证工作顺利通过，为进入印度电站设备市场打下夯实的基础。

［1］The American society of Mechanical Engineers.An International Code 2010 ASME Boiler ＆ Pressure Vessel Code ［S］.American：2010.

［2］Indian Boilers Regulations［S］.Indian：2010.

Analysis of the IBR Certification of HP heater

XIAO jin－jun，GUO jin－lian
（Harbin Boiler Co.Ltd.，Harbin 150046，China）

The high pressure feed－water heater which is exported to India needs tofollow the Indian Boiler Regulation（IBR）.During the phase of design and certification we need to pay attention to several aspects，such as material selection，the safety factor of material，the pressure of hydrostatic test，reinforcement calculation，the thickness calculation of tube wall，which should be reviewed by the third party inspection agency.We also need to analyzed and compared with the relevant provisions of the ASME.

high pressure；heater；India；boiler；regulation；design；certification；review

TK264.9

A

1672－0210（2013）04－0023－04

2013－01－24

肖劲军（1985－），男，助理工程师，学士，毕业于大连理工大学，从事汽轮机辅机设备的设计和开发工作。